降噪设计论文（共12篇）
降噪设计论文 篇1
摘要：微型针式打印相比热敏打印具有打印票据存储时间长、多层拷贝能力强、经济耐用等特点, 带有微型针式打印的POS机、税控收款机等设备也越来越多。但针式打印存在一个最大的缺点就是打印时噪音过大。本设计通过改进打印时产生噪音的源头设计, 有效的降低了打印噪音。
关键词：微型针式打印,降噪,POS机,税控机,金税工程
1 引言
随着金融、税务、交通、移动、石化、教育、电力、邮政、铁路、民航、交通、医疗等窗口行业信息化建设的深入, 针式打印机仍旧以其经济耐用、成本低廉、多层拷贝能力强、打印票据存储时间长等优点捍卫了在特定行业外设应用市场中不可替代的主角地位。
针式打印类型中的微型针式打印是近年来发展起来的一个细小而特别的打印机种类, 具有处理票据较窄, 整机体积小, 操作电压较低的特点。微型针式打印市场需求日渐扩大, 应用越来越广泛。特别是“金税工程”的不断推进, 带有微型针式打印功能的POS机、税控收款机等设备越来越多。微型针打机芯一般针数为4~9针, 如ESPON的MU-110系列机芯, CITIZEN的DP-330系列机芯, BIXILON的SMP130和SMP136机芯。
微型针式打印虽然针数较少, 但同样存在相比热敏式打印噪音过大的问题。
2 微型针打噪音来源
微型针式打印机是一个机电一体化系统。它由两大部分组成:机械部分和电气控制部分。机械部分主要完成打印头横向左右移动、打印头出针、打印纸纵向移动以及打印色带循环移动等任务;电气控制部分主要完成从系统接收传送来的打印数据和控制信息, 将系统传送来的ASCⅡ码形式的数据转换成打印数据, 控制打印针动作, 并按照打印格式的要求控制字车步进电机和输纸步进电机动作, 对打印机的工作状态进行实时检测等。打印噪声都来源于机械部分, 而机械部分噪声产生的源头最主要集中在打印头出针和打印头移动、换向: (1) 打印头出针时, 打印针降高速运动并撞击打印板, 对于现有常用的微型针打机芯, 在一个周期内, 将所有针出完, 几个针需要同时出, 几个针同时撞击到档板, 产生较大的噪声。这部分也是打印最主要噪声来源。 (2) 打印头移动、换向时, 打印头移动马达摩擦、齿轮换向以及轻微晃动产生的噪声。
3 微型针打噪音改进方案
微型针式打印常用的降噪方案主要有在产品机构上增加吸音材料, 在针打机芯上增加润滑油, 产品机构上增加机芯防抖等措施。这些降噪方案通过阻断打印声响的传播路径来达到降噪目的, 降噪效果有限。要更有效的降低打印噪音还是要从噪声产生的源头上想办法, 特别是要降低打印针撞击打印板的这噪音源。
为此, 本设计在打印头出针部分进行了两部分改进: (1) 减少每根针撞击打印板的面积。在不降低打印效果的情况下, 把打印针头部直径由0.3mm改为0.25mm; (2) 将打印针瞬时同时出针, 调整为依次间隔出针, 将噪声能量在一个相位切换过程中, 平均分配, 从而在感官上降低打印头工作噪声。
对于第一部分的改进, 只需改进针头, 不做详细说明。第二部改进涉及微型针式打印的整个控制流程。以通用的9针的打印头机芯为例说明具体实现过程即:打印头移动马达每走1/8步出一针, 在一个周期内将8根针出完, 在一个周期, 加上1/4周期完成出针和收针, 这样, 避免了两根以上的针同时撞击打印板, 降低由出针撞击档板引起的噪声。为实现此方案, 包括打印头机械部分、驱动电路、电气控制流程的改进。
3.1 机械部分
机械部分的改动主要是调整打印头上的出针导向板。现有导向板上各针出口成竖值排列, 改进后的导向板各针出口彼此错开, 如图1所示。此修改, 主要为控制打印头移动电机每走1/8步后各针仍能打印在同一点列上。水平从左到右, 依次为针4、6、2、8、1、3、7和5, 彼此之间, 相差1/8打印周期打印头所走的间距, 打印时, 打印头一般是从右向左移动, 则可以认为打印针4是最前端的打印针, 打印针5为最后端的打印针, 当然, 如果打印头由左至右的打印, 则与之相反。
3.2 驱动电路部分
出针控制为节省系统资源可以采用LCX373扩展芯片来实现, 复用8位数据总线, 如图2所示。现有的设计出针宽度通过Fire time信号控制LCX373芯片的OE管脚实现。降噪改进方案各针控制信号要单独控制, 出针和收针都由软件来控制, 从而控制出针时间。
为防止软件跑飞等异常情况下, 引起某根针持续为高电平, 烧毁打印线圈, 需要给每根针单独设计保护电路, 如图3所示。出针时##1端口用强电流输出方式置高:电容瞬间“短路”, 电阻足够高的压降保证绝缘栅型MOSFET管彻底导通, 打印针出针;随着电容的缓慢充电, 电容压降逐渐增加, 电阻压降逐渐降低, 从MOSFET管导通开始到门极控制电压降低到一定程度即MOSFET管截止时间, 此出针时间略长, 保证足够的出针时间;
收针时##1端口用强电流灌入方式置低:储存于电容的电量通过电阻、系统内阻进行放电, 经过短暂补偿时间, MOSFET管截止, 完成收针;随着电容的缓慢充电, 电阻压降逐渐降低;从端口拉低开始到电阻电压降低到一定程度即MOSFET管截止时间, 接近电容充电时间, 保证打印头足够的收针时间;
如果端口始终为高, 到达电容充电时间后, MOSFET管自动截止, 避免打印头出针时间过长。
3.3 电气控制部分
为配合打印头和驱动电路的修改, 电气控制时序需要做相应的调整, 时序如图4所示。一个点的打印周期由原来的900微秒更改为880微秒, 并将其细分为8个时刻, 每根针间隔出针周期为110微秒。出针和收针都由软件来控制, 在出针周期内, 都要保证Fire_Time信号持续有效。一个针的打印周期为330微秒。
4 降噪改进效果测试
使用上述的改进后的针式打印机与现有技术的针式打印机作打印对比噪音测试, 情况如下:
将噪声仪放在水平和垂直两个位置, 现有技术的打印机和本发明的打印机均距离噪声仪约1m, 打印内容为10行2×1的“国”字。
测试数据如表1 (噪声仪档位:H/F/A, 环境噪声54.8d B) :
从表1, 可以得到, 改进后的打印噪音明显要小于现有技术的针式打印机的打印噪音。
另外, 通过检测两者的打印时间和驱动电流, 得到的数据如表2:
从表2可以得到, 本发明的针式打印机的打印周期小于现有技术的打印周期, 打印速度快;驱动打印针出动的电流峰值小于现有技术的电流峰值, 可以提高打印的安全性, 同时可以延长本发明的针式打印机的使用寿命。
5 结语
以上微型针式打印降噪方案通过分析针式打印产生噪音的原理, 在针式打印产生噪音的源头上进行技术革新, 在不影响打印速度、打印性能的情况下, 大大降低了打印噪音。本方案在实际应用中已得到了验证, 大大带有微型针式打印功能产品的客户体验。
参考文献
[1]SAMSUNG MINI PRINTER, SPECIFICATIONS FOR MINI PRINTER SMP136, Rev C, 2007.
[2]GB/T 26242-2010, 信息技术九针点阵式打印机芯通用规范, 2010.
[3]GB/T 18240.5-2005, 税控收款机第5部分:税控打印机规范, 2005.
降噪设计论文 篇2
降噪就是大幅降低图像的轮廓锐度和细节来达到干净画面的目的，但降噪和保留细节是一个矛盾，降噪的同时也会丢失一部分细节。如何获得两全其美的处理效果呢?这就要用到NeatImagepro图像降噪软件了。 NeatImagepro是一款非常有效的图片降噪软件，它可以检测、分析并去除图像上的噪声干扰。过滤质量比一般软件要高，因为它考虑到了取像设备独有的特性，因此更为精确。使用NeatImagepro可以优化多种图像输入工具(数码相机、扫描仪等)产生的图片。
通过过滤的设定，用户可以非常容易地获得理想的噪声消除，非常适合处理曝光不足而产生大量噪波的数码照片，并且尽可能地减小外界对相片的干扰，输出图像可以保存为TIF、JpEG或bMp格式。下面就一起来看看如何使用NeatImagepro。 使用“设备噪点配置”功能降噪 启动NeatImagepro，点击“输入图像”按钮打开需要处理的照片(如图1)，如果打开的照片是由数码相机拍摄的，主界面右侧“EXIFinformation(EXIF信息)”框中还会显示该相片的详细EXIF信息，
打开需要降噪的图片
然后点击工具栏上的“设备噪点配置”按钮(如图2)，在配置对话框中对图片颜色较深、噪点比较明显的地方拖动鼠标进行取样，取样框是一个粗线矩形，注意取样框中的颜色要尽可能保持单一，而且取样的范围越大越好。在矩形框内点击右键，选择“使用选定区域自动配置”功能，马上就会对图片进行降噪处理了。如果不满意可以再选择图片其它地方采样，如果满意了，直接点击工具栏上的“输入图像”按钮保存图像即可设置噪点配置
提示：如果觉得自己采样不准确，还可以自动采样。点击右侧“设备噪点配置”下的“自动配置”，程序会自动分析取样框位置并自动完成降噪过程。 使用“噪点滤镜设置”降噪 前面的降噪方法，最大的缺点是不管采样是否合适，都会对图像进行降噪操作，如果图像很大，处理时间会很长，而结果很可能并不能让你满意。其实，很多时候只有图像的部分需要降噪，这时使用“噪点滤镜设置”降噪就可以了。 点击工具栏上的“噪点滤镜设置”(如图3)，我们可以在这里拖出一个细线的矩形区域预览照片降噪后的效果，如果满意输出图像就可以了。看看降噪后的效果吧
机箱降噪有绝招 篇3
散热风扇的选择
电脑系统的噪声主要来自安装在机箱上的散热风扇和处理器之类的任何发热部件。关于散热风扇的两个降噪原则很简单，就是加大风扇尺寸并减少转速，或者选择采用液压或套筒轴承的风扇。如果是120mm风扇，用1000rpm左右的转速就可以实现80mm风扇2000rpm以上转速的风量，因为更大的风扇能以较低转速吹动同样多的空气。通常来说，风扇转速越慢发出的噪声就越小。所以增加风量并减少转速换用大尺寸140mm风扇甚至200mm风扇是很有必要的（图1）。
另外许多风扇上的滚珠轴承是振动源因而产生噪声，选择液压或双滚珠轴承的风扇具有显著的降噪功效。滚珠轴承风扇一般会在出故障之前发出更大的噪声，让你知道这时有必要更换。需要注意的是，液压轴承虽然降噪效果很好，但根本没有这种提醒机制（图2）。很可能风扇已经有故障或者停转很久后我们仍不自知，可能危及其他系统部件。双滚珠轴承风扇通常往往比滚珠轴承风扇更为耐久，也是目前高端风扇采用最多的一种轴承方式。
与散热器的搭配
为了让高功率系统在运行时避免温度过高，势必需要优质的处理器散热器，但不见得一定要让安装的风扇全速转动。一些散热器含有简单的风扇转速标度盘，可以安装在机箱的背面或正面以便调整。更加高端的产品还可能提供可视化的风扇转速与温度提示（图3），但其实对于普通用户而言，一款支持PWM的散热风扇就能完成最基本的转速和温度控制。
一般的PWM风扇使用4pin连接主板上的风扇接口（图4），通过系统测温点主板可以根据主板和CPU温度来自动控制风扇转速。许多散热风扇实际上会标出生成的噪声分贝大小，数值越低越好。20分贝以下称得上超静;20至30分贝比较安静;30至40分贝噪声有点大。一般来讲品质好一些的90mm在2000rpm以下都比较安静，120mm风扇一般是1500rpm以下。我们只要注意去购买官方支持4pin PWM风扇的散热器，或者给我们的散热器手动更换4pin PWM风扇，就可以通过主板BIOS设置温度与风扇转速之间的关系了。注意不要将4pin风扇连接到主板的3pin接口上，这样会让PWM风扇全速运转。
机箱及风道
机箱的设计是影响系统散热性能和噪声产生的一个关键因素。通风充足的机箱自身就能为部件散热，不增加噪声大小。值得关注的是机箱里面有多个风扇安装位置，还有机箱内部是否有为风扇吹动空气留出的开阔区作为风道。
以前很多机箱为了进风留了很多网孔，被称为“洞洞流”的这类机箱其实会打散打乱风的导向，同时风扇过风时经过网孔还会产生单独的噪音（图5）。其实目前很多机箱只提供前进后出或者下进上出的两个风口，整体的风道效果反而变得更为合理。
每个机箱的散热情况都需要单独考虑，很多时候还需要结合内部所装配件考虑，不能一概而论。对一些机箱来说只装一只120mm风扇就有可能起到良好的散热效果，其他的各个风扇位置空着即可（图6）。工作的风扇越少噪声显然更低，如果温度可以接受，用不着在机箱里面装满风扇。
风扇控制器
风扇控制器多种多样，但是它们都有同样的功能：让风扇避免全速转动。将风扇的转速减慢对噪声有明显影响，并且依旧能保证散热性能。一些机箱自带风扇控制器，这种风扇控制器很方便，因为它不需要单独安装。高端一些的风扇转速控制器则把所有控制权交到用户手里，通常位于光驱位可以改变风扇转速（图7）。
其实如果用户要求不高，使用风扇减速线一样可以达到减速要求。减速线一般提供5A、7A、12A等多种电流输入，越小的电流输入就越能明显地降低风扇转速。
无声电源
电源风扇虽然并不是机箱内部噪音的主要来源，但目前已经有不少产品开始着手降低这一部分的噪音了。不仅有在低负载下降低甚至停止风扇旋转的产品，甚至还有完全不使用风扇的电源存在。如果用户需要绝对的静音效果，可以考虑选购这类产品。
减震配件
地铁车辆地板防火降噪设计 篇4
1 概述
由于地铁车辆大部分设备都集中在底架地板下部区域,不仅包括牵引设备、蓄电池箱、高压线等火灾危险源,同时还有转向架电机、空压机等大功率噪声源。所以,随着人们对地铁车辆安全舒适性的要求提高,对地板的防火降噪也有了更为严格的要求。
2 车辆地板防火降噪要求
2.1 地板防火要求
车体下部设有防火隔离层,应按照ASTM E119及NFPA 130的防火试验标准,达到30min的防火隔离能力。
整个车体结构的热传递不超过2.4W/k.m2,符合国内或国际标准。
2.2 地板降噪要求
地板降噪属于车辆内部降噪的主要因素。
车辆内部噪声测试应分别按照ISO3381-2005和GB14892标准执行。
在ISO3381标准规定的测试条件下,列车静止,辅助系统正常运行,在车辆中心离地板、面高1.2m、1.6m处测得的客室内Lp Aeq,T应不超过69d B(A);司机室内Lp Aeq,T应不超过65d B(A)。
在ISO3381标准规定的测试条件下,列车在自由声场中以最高运行速度±5km/h速度运行时,在车辆中心离地板1.2m、1.6m高处测得的测得的客室内Lp Aeq,T应不超过74d B(A)、司机室内Lp Aeq,T应不超过72d B(A)。
3 车辆地板的防火降噪结构
3.1 车辆地板的主要结构
车辆地板的主要结构包括:(1)车体底架地板;(2)车辆内装地板
3.2 车体底架地板的隔热降噪
车体底架的主结构大型铝型材拼接,采用的型材规格为中空挤压型材,个别区域使用铝板(主要为牵引梁区域),型材多采用的牌号为6005A-T6,铝板为5083-H111,强度较好。
这种结构本身由于内部都是处于密封状态的空气,因为空气的隔音、隔热性能优于任何固体材料,热量和声波的传播受到极大的限制,所以车体底架地板型材具有良好的隔音、隔热性能。
3.3 车辆内装地板的隔热降噪
车辆内装地板采用的悬浮式地板结构,车体地板上部装有均布的弹性橡胶块,将内装地板垫起,具有很好的减震作用。
地板采用铝蜂窝地板,由于有许多相互牵制的密集蜂巢,犹如许多小工字梁,可分散承担来自各方的压力。因此同时具备较强的抗震性。
而在常用的蜂窝夹层板的蜂窝芯中,实体材料的体积仅1%-3%,基余空间内是处于密封状态的空气,所以蜂窝夹层板也具有良好的隔音、隔热性能。
铝蜂窝地板上表面铺有一层地板布,多为PVC或橡胶材质,我们一般会要求地板布吸音性能大于等于6d B。
同时,车辆内装铝蜂窝地板、地板胶块及地板布本身也要具有防火要求,其中防火要满足DIN5510 S3级,烟毒性要满足BS6853Ia级。
现代车辆内装地板有一些使用了酚醛复合板材,具有重量轻,防潮防高温等特点,但是由于成本较高,使用还不是很广泛。
4 车辆地板的防火降噪材料
车辆底架地板和铝蜂窝地板本身的性能其实并不能满足车辆的整体防火降噪要求,也不是主要的防火降噪单元,我们主要会通过增加防火降噪材料的方式来保障地板部位的防火降噪性能。而防火降噪的材料有很多种,下面我们会介绍现有车辆主要运用的一些材料。
4.1 防火棉
防火棉多为涤纶纤维材质,经梳理铺网成型后,利用低熔点粘合纤维混合而成,防火性能强,弹性好,且具有吸音性能。
但是为了满足防火的性能要求,防火棉会有一定的厚度,而地板上部没有足够空间,且防火棉本身不易固定,还会产生纤维粉尘,所以须将其用铝板固定在车下位置,并用胶密封。
4.2 绝热毯
由于现代车辆车下设备越来越多,而防火棉占据了车下很大的空间,且较重,所以我们最新的设计会使用绝热毯配合防火漆来替代防火棉。
绝热毯的材质为陶瓷纤维,有低导热率及良好的隔热性能,很薄的厚度就能够达到很高的防火要求,所以我们可以将其铺在内装地板和车体地板之间,有效地提高了地板空间的利用率。
4.3 吸音板
吸音板属于一种环保型阻尼材料,是一种以丁基橡胶为基材添加阻燃剂的防火自粘型高性能约束阻尼片。
吸音板很薄,我们会将其贴在车体地板上表面。为了提高阻尼性,多用铝板或钢板粘接使用,广泛用于车辆的减震降噪。
4.4 防火隔音毡
防火隔音毡是由高分子金属粉末和各类助剂配置反应,再经压延复合而成,可以使噪声在传递途径中衰减的一种新型隔声材料,兼具阻尼性及环保阻燃特性。同时具有厚度薄、抗拉压、抗弯曲、阻燃防蛀等特点。
4.5 防火漆
防火漆是由阻燃剂、发泡剂等多种材料制造的一种阻尼浆涂料,具有良好的隔热性和保温性,具有吸音隔音性能。
防火漆使用方便,将其喷涂在底架下薄薄一层即可,且基本上能对底架地板下部区域达到全覆盖保护。
防火漆具有难燃性或不燃性,导热系数较低,受热后发泡形成碳质隔热层保护基材,并分解产生惰性气体及一些降温,有效减缓火焰传播速度。
5 地板防火降噪布置图(图1)
6 地板防火降噪结果
最终结果,需要通过车辆实验进行验证,是否能够满足设计要求。
7 结束语
文章通过对地铁车辆地板防火降噪结构的介绍,使设计师在车辆地板防火降噪方面有了一定经验积累,这是现代城轨车辆安全舒适性的一个设计理念,确保了列车的安全性及舒适性。
摘要：文章以长客-庞巴迪的车辆地板防火降噪设计为例着重介绍了地铁车辆地板防火降噪的设计要求。
高考降噪倡议书 篇5
一年一度、全国瞩目的高考临近，高考时间为6月7日至8日。当前，莘莘学子们正在为自己的梦想进行最后的努力。我们倡议全市人民从自身做起、从周围做起，为广大考生创造一个安静、平和的备考及考试环境。
在此，温馨提示大家：
一是减少鸣笛，低碳出行
希望大家近期特别是考试期间，开车经过学校、居民区周边时，减少不必要的鸣笛。尤其在夜间更需注意，给广大考生创造一个良好的学习、休息环境，能不开车坚决不开车，低碳出行。
二是降低商业宣传音量
个别商家为宣传商品、招揽顾客，往往在店铺外用大功率的音响设备播放广告或音乐。希望在学校及小区周边的商铺能够适当降低音量、缩短时间，让关乎每个考生命运的这关键几天静一静!
三是文明夜生活和大排档烧烤
随着天气变暖，大街小巷烧烤摊活跃起来，成为广大市民消夏纳凉的不二选择。但是部分烧烤摊，大排档就位于居民区楼下，在方便一部分人就餐娱乐的同时，也给附近居民正常生活带来了影响。特别是临近考试，考生休息至关重要，希望各位在撸串的同时，不要太兴奋哦。
四是和谐广场舞
当今，广场舞已成为各个城市中老年人饭后休闲的第一选择，成为了一种文化标志。但是还是要提醒各位大爷大妈们：这两天咱能不能小点声，或者干脆忍忍。
需要避开的时段
上午： 8:00-9:00，11:30-12:30
下午：14:00-15:00，17:00-18:00
倡议人：
反向降噪系统新理念等 篇6
ATH ANC7是铁三角旗下首款采用了反向降噪系统的耳机产品，令人惊讶的是它能够有效降低85％的背景噪音(22dB以上的噪音)。产品质量较轻，平行折叠设计以大开口为特色，40毫米的钕磁铁，可以提供更深的低频，中高音表现得清晰透彻，拥有高解析力的音质表现。它同时也具有良好的便携性，不需要联合外在模块去除噪声。产品配备有power／fow电池显示、一个可调整的头戴过梁、可旋转的耳罩、折叠式耳机线，3.5毫米微型插座，6．3毫米适配插头、航空公司适配器插头以及一个耐久坚固的便携包。优良的音质加上丰富的附件，ATH－ANC7绝对是高端发烧友的首选。
卓越品质——台电“天王星”T717摄像头
“天王星”T717拥有镜面喷镀技术的边框以及带屏蔽线圈的高质量线材，采用了中星微ZCO301PLH主控芯片配合镁光360彩色传感器，使画面的表现更为逼真流畅，500万像素的专业数码相机镀膜镜头，超清晰的画面，保证了良好的效果。加上视频特效跟相框效果给你视频聊天添乐趣，附送的视频软件更是丰富了“天王星”的功能。198元的市场售价显得比较超值。
实用美观——优派“轻松派对防水版”CP1212套装
“轻松派对防水版”CP1212套装拥有超薄窄边框外观，双重防水。银黑两色的时尚外观设计，与拥有潮流外观的液晶显示器非常搭配。键盘表面为金属亮银色设计，搭配使用镭雕技术的黑色按键，既美观，又耐磨。全黑色的鼠标拥有800DPI高精度光学性能，适合各类材质的桌面，具备精确的定位功能。不仅如此，它的按键具有超强耐用性，能够经受高达500万次的按压使用。产品售价仅为99元，长达1年的保修服务，为众多消费者带来了大惊喜。
酷睿2的超频利器——映泰TForce P965
相比TForce965PT，TForce P965规格上基本相同，主板采用IntelP965+ICH8芯片组，标准AT×大板设计，扎实的三相回路+3×3MOS管供电方案为主板提供了优秀的稳定性。产品支持ntel的Socket775接口全系列CPU，提供4个SATA2和10个USB2．0接口，板载ALC888芯片，提供8声道HD-Audio音效输出，通过RTL8110S网络芯片，提供了千兆级的数据传输。产品对内存默认电压作了一定程度提升，同时在BIOS内部提供了酷睿2处理器的倍频调节，有助于用户更好的发挥整机的超频潜能。
柴油发电机房降噪的建筑设计策略 篇7
一、噪声源分析
柴油发电机的噪声是由多种声源构成的复杂声源。按辐射方式，柴油机噪声可分为空气动力噪声和表面辐射噪声;按产生的机理，柴油机表面辐射噪声又可分为燃烧噪声和机械噪声。而空气动力噪声为主要噪声源。
1．空气动力噪声
空气动力噪声是由于气体的非稳定过程，即气体的扰动以及气体与物体的相互作用而产生的。直接向大气辐射的空气动力噪声包括：进气噪声、排气噪声、冷却风扇噪声。
(1）进气噪声
柴油发电机的进气噪声是由进气门的周期性开启与闭合而产生的压力起伏变化形成的。其噪声频率主要集中在200 Hz以下。当气流高速流经进气门流通截面时，产生湍流脱体，导致高频噪声的产生。湍流噪声主要集中在1 000 Hz以上的高频区。对于涡轮增压发动机，由于涡轮增压器的转速一般较高，因此其进气噪声明显高于非涡轮增压发动机。涡轮增压器的噪声是由于叶片周期性地切割空气产生的旋转噪声和高速气流形成的湍流噪声形成的，是一种连续性的高频噪声，主要分布在500～10 000 Hz的频率范围。进气噪声与柴油机的进气方式、进气门结构、缸径、凸轮型线等有关。对于同一台发动机来说，受转速的影响最大，转速提高一倍可导致进气噪声增加10～l5dB。
(2）排气噪声
排气噪声是柴油发电机噪声中最主要的声源，其噪声一般要比发动机整机噪声高出10～15dB(A)，其噪声频率为宽频带。排气噪声包含了复杂的噪声成分：以单位时间内排气次数为基频的排气噪声、管道内气柱共振噪声、排气歧管处的气流吹气噪声、废气喷注和冲击噪声、汽缸的亥姆霍兹共振噪声、卡门涡流噪声及排气系统内部的湍流噪声等。影响发电机排气噪声的主要因素有汽缸压力、排气门直径、发动机排量及排气门开启特性等。对同一台发动机来说，发电机转速和负荷是影响其排气噪声的最主要因素。
(3）冷却风扇噪声
风扇噪声由旋转噪声和湍流噪声构成。旋转噪声是由于风扇叶片周期性切割空气引起空气的压力脉动产生的，以叶片通过频率为基频，并伴有高次谐波。湍流噪声是由于风扇运动导致周围空气发生湍流脱体，使空气发生扰动，导致气体压缩与稀疏，是一个宽频带噪声。冷却风扇噪声受转速的影响最大，转速提高一倍可导致其声级增加10～15dB(A)。在低速时风扇噪声要比发动机噪声低很多，而在高速时，往往会成为主要的噪声源。目前大多数柴油发动机转速多为1 500转/min，均属于高转速油机。
2．表面辐射噪声
燃烧噪声和机械噪声很难严格区分，通常将由于气缸内燃烧所形成的压力振动通过缸盖、活塞-连杆-曲轴-机体向外辐射的噪声称为燃烧噪声，将活塞对缸套的撞击及正时齿轮、配气机构、喷油系统等运动件之间的机械撞击振动而产生的噪声叫作机械噪声。一般直喷式柴油机燃烧噪声要高于机械噪声，非直喷式柴油机的机械噪声则高于燃烧噪声，但是低速运转时燃烧噪声都高于机械噪声。
3．噪声源的声功率级及频谱特性
（1）噪声源的声功率
柴油发电机类的噪声源的声压级一般来说比较高(表1)。
(2）柴油发电机噪声频率特性
了解噪声源的频率特性，对于噪声的控制至关重要(表2)。
4．噪声源的空间尺度及设备工艺
(1)噪声源的空间尺度
噪声源的空间尺度是建筑设计的重要参数，是空间划分、功能分区的重要依据(表3)。
(2）工艺要求
为避免柴油发电机这种高噪声设备的噪声干扰，最有效的方法就是采用高隔声量的材料将噪声源封闭，与周围环境隔离开来，由此构建一个“闹中取静”的环境。利用建筑围护结构将噪声源包裹起来很容易，但是要保证柴油发电机正常工作就不那么简单了。首先，柴油发电机燃烧需要氧气，因此需要大量的新鲜空气;其次，柴油发电机工作时会产生大量的热，要保证柴油发电机正常启断必须保证机房内温度控制在10℃～15℃之间，因此需要良好的通风换气来降低室内温度;第三，要注意避免进风与排风之间产生气流短路现象。隔绝噪声与通风换气是一对矛盾，如何找到一个理想的平衡点是柴油发电机噪声治理的关键。
进风包括燃烧进气和冷却空气，排风包括燃烧废气和冷却热气。一般柴油发电机的说明书中均有这些参数。
(3）油箱
柴油发动机一般很少自带油箱,即使有自带油箱的也很小。为了保证柴油发动机正常运行，油箱是必备设施，一般要配备2T油箱1～2个。
(4）电控柜
电控柜是控制和切换柴油发动机的重要控制系统，一般置于柴油发动机室内，如果空间不足，可以考虑移至相邻房间。单柜尺寸为500mm×800mm×2000mm，一般需要1～3个。
二、柴油发电机房的建筑设计
笔者曾经为黑龙江省电信、移动、联通及网通等多家单位设计了20余项柴油发电机房噪声控制工程，经环保部门验收都合格。由此获取了一定实践经验，在此作以总结以供同行参考。
1．一般要求
第一，电信备用电源技术要求规定，一般柴油发电机房内需设置两台柴油机，一台主机，一台备用机，以确保万无一失。第二，维护操作空间一般距内墙面500mm以上。第三，隔声层一般需100mm～200mm，具体应根据柴油机功率大小、外围护结构厚度等因素来定。第四，吸声层厚度50mm～100mm，一般采用强吸声材料。第五，如果冷却扇前端设置了排气间，则预留1 200～1 500mm，否则预留2 400～2 800mm以便通风消噪。第六，一般油箱尺寸为1 000mm×2 000mm×1 200mm。当采用2个油箱时，一般可以上下放置(如果制作一个4T的大油箱，中间必须加设加强肋，以保证箱体不变形)。第七，电气控制柜本身不大，一般500mm×800mm×2 000mm，需1～3个;但考虑维护、防火及防爆等要求，柜前2000mm，柜后800～1 000mm。第八，进出通风口净面积的计算：为了避免产生二次气流噪声，一般进、出风速度均控制在6 m/s之内，根据柴油发动机总进气量和总排气量，可以计算出通风口净面积。第九，基础隔振方面，柴油发动机基础应与建筑基础及主体建筑脱开。因此柴油发动机基础要足够重，并在底部加设隔振垫层或减振器(减振器必须保证基础振幅不应超过0.1mm)，四周也应设置隔振垫层;或在柴油发动机基础底座四周设置隔振沟，宽度一般取200mm～400mm。为了节约空间，可以将其与电缆沟合并设计。
2．进、排风组织
（1）进风
进风主要有两部分组成：燃烧进气和冷却进气。这两部分进气均从室外获取新风，经过消声系统将新风输送至室内。设计一般采用经消声系统直接与室外相连。
为避免发生气流短路现象，进风与排风、排气不能置于同一个方向上。最佳方向为穿堂设置，其次为两侧及顶部设置。
(2）排风
排风主要有两部分：燃烧废气和冷却热气。燃烧废气是通过排烟管、一级消声器排出的。虽有一级消声，但是声压级仍然很高。要想达到国家环保要求直排至周围环境，再加上两级甚至更多级也比较困难，特别的低频及二次噪声的产生很难抑制。根据多年工程实际经验，我们一般采用两种方案：第一，设专用消声道;第二，燃烧废气排至消声间后与冷却风扇排出的高温气体混合，经消声系统消音后再排出室外。
冷却热气是指为降低发电机机体热，冷却风扇吹发电机水箱而排出的热气。由于这部分噪声不是特别高，因此可以经消声系统直接排出室外，也可以排至消声间后与发电机排烟管排出的废气混合，经消声处理后再排出室外。
如果空间特别狭窄，无法设置消声间，可以要求商家提供多级消声器，安装在排烟管道上。这种做法的经济代价高昂。
三、建筑设计策略
1．功能区划设计策略
首先，从隔声、隔振的角度来看，如果条件允许，尽可能地将油机房规划为独立建筑(5);其次，可以将柴油发电机房设计在辅助裙房中(6);最后，当仅允许设计在办公大楼、居住建筑中时，柴油发动机房应设计在建筑物端头，机房除地面外的另外五个面至少有两个为外围护结构，并预留足够的空间为后续做高隔声量墙体提供方便(7)。
2．建筑设计策略
平面设计：首先，应满足两台柴油发电机组的摆放;其次，预留隔声层、吸声层、柴油发动机维护空间;第三，预留排烟间、排风间(或消声系统)位置及空间，特别注意冷却排风扇前端的空间要预留充足;第四，预留进气消声系统空间。
剖面设计：室内柴油发动机位置净高3.5m，最佳层高应为4.8m～5.2m。单向布梁较双向布梁更有利于空间利用。
如果相邻房间为工作、居住用房，墙体最好设计为独立基础的双层隔墙，顶棚设计为高隔声量吊顶，上层地面设计为浮筑地面。
门一般设计为声闸。对于小功率的发动机，可以考虑设计双层隔声门。
窗户一般不留采光窗，特殊需要可考虑多层隔声窗。
摘要：本文分析了柴油发电机噪声的特点以及空气动力噪声和表面辐射噪声的声压级大小及其频率特性,旨在为建筑设计提供基本设计参数及工艺流程;并结合工程实践,提出了柴油发电机房噪声控制的建筑设计策略。
关键词：柴油发电机噪声,空间利用,通风换气,噪声控制,建筑设计策略
注释
1参见：马大猷.噪声与振动控制手册.北京：机械工业出版社，2002
2参见：任文堂，赵剑等编著.工业噪声和振动控制技术.北京：冶金业出版社，1989(12)
3参见：赵华等.柴油发电机吸隔声罩的设计.能源环境保护，2008(4)
4参见：康明斯发电机技术手册
5参见：杨钢.哈尔滨电信枢纽备用发电机房噪声控制工程设计文件
6参见：杨钢.哈尔滨先锋电信分局、南马电信分局、王岗电信分局、新发电信分局、大庆联通新村分局及大兴安岭电信局均噪声控制工程设计文件
降噪设计论文 篇8
另一方面, 雨水作为直接、经济的资源, 每年其产生量十分可观。目前德国的雨水利用技术已进入标准化、产业化阶段, 而我国在雨水资源化利用方面仍处于探索、研究阶段, 大量的雨水通过排水管道直接进入城市污水管网, 不仅加重了城市管网以及污水处理的压力, 而且造成了水资源的白白浪费。
本文针对上述问题, 采用多孔沥青路面并对传统道路排水系统进行了合理改进, 以期达到缓解城市交通噪声污染、减少水资源的浪费、提高雨水利用率的目的。
1 设计思路
1.1 整体设计
该雨水收集利用系统由集水、灌溉、蓄水和排水四个子系统构成。其中集水系统由多孔沥青路面、集水沟和集水井构成, 灌溉系统由盲沟网络构成, 蓄水系统由蓄水池构成, 排水系统由雨水井和排水管网构成。
1.2 系统工作原理
渗入多孔沥青路面内的雨水, 先通过横向渗流进入路面两侧的集水沟, 然后沿纵坡流入与集水沟相连的集水井。集水井由下至上设有三级溢水口, 分别连接盲沟网络、蓄水池和雨水井, 使得雨水首先对绿化带进行灌溉, 多余的雨水流入蓄水池。当雨量过大时, 雨水还可迅速流入排水管网。该系统可对雨水分级, 进行高效利用, 从而实现绿化灌溉、道路清洁降温、消防蓄水和减轻排水管网压力等功能。
2 详细设计
2.1 多孔沥青路面
多孔沥青路面的面层和基层由不同的排水性沥青混合料构成, 具有良好的透水性。在基层下部设置不透水垫层, 防止雨水继续下渗浸湿路基。
2.1.1 路面设计的技术关键。
为了确保多孔沥青路面的耐久性和良好的降噪、排水效果, 它必须满足以下要求[1]:1) 能长期保证具有20%左右的空隙率;2) 排水性混合料具有足够的抗松散能力, 不出现掉粒、剥落等病害;3) 混合料具有足够的力学强度, 能够承受车轮荷载的作用。
2.1.2 路面混合料组成。
1) 沥青结合料:采用高黏结力沥青结合料, 如高黏度改性沥青、橡胶沥青、聚合物改性沥青等。2) 集料:以粗集料为主, 要求集料坚硬耐磨, 且颗粒形状为立方形[1]。3) 填料与添加剂:纤维、磨细的轮胎粉、消石灰等。
2.2 集水沟
集水沟沿路面边缘布置并设于地面以下, 每30~50m为一段, 每段集水沟两端连接一个集水井。横断面为梯形或矩形, 尺寸由水力水文计算确定。顶部设置带孔混凝土盖板, 沟身由水泥混凝土砌筑, 其中与路面接触的侧壁带有开孔, 既可阻止路面结构的侧向形变, 又可使雨水顺利进入集水沟。
2.3 集水井及过滤装置
集水井为圆柱形构造, 尺寸通过水力水文计算确定。集水井不同高程处设置三级溢水口, 并在溢水口处设置过滤装置, 使混入雨水中的沥青残留物、细集料颗粒等杂物不能通过, 从而使过滤后的雨水符合灌溉、使用要求。集水井的上方设置可移动的混凝土盖板, 以便于清除井底的杂物和更换过滤装置。
2.4 盲沟网络
盲沟网络通过下侧溢水口与集水井相连, 并铺设于道路绿化带的下方。盲沟横截面为上宽下窄的梯形, 内部由渗水碎石填充, 沟底中部设有带孔的PVC塑料管, 能够保证雨水在盲沟网络中的顺利转输。盲沟顶部包裹透水的针刺土工布, 利用渗透作用使盲沟中的雨水对上方绿化带进行灌溉;而盲沟底部和两侧使用防渗土工布设置不透水层, 实现盲沟的储水功能。每隔30~50m布置一个盲沟网络, 各个盲沟网络相互独立, 底部高程相同, 使得雨水对绿化带进行均匀灌溉。
2.5 蓄水池
蓄水池根据实际需要设计相应的尺寸, 由抗渗水泥混凝土砌筑。在蓄水池顶部设置可移动的混凝土盖板作为取水口, 可为道路的清洁、降温以及城市消防提供用水。
2.6 雨水井
雨水井与集水井通过最上侧的溢水口相连, 使雨水井与集水井连接处的高程大于与盲沟网络和蓄水池连接处。雨水井采用常规设计, 与道路排水管网相连[4]。
3 创新特色
3.1 节约用地。系统设施均建于地下, 既可节约宝贵的城市用地, 也不对道路景观造成不利影响。
3.2 均匀灌溉。盲沟网络相互独立, 且底部标高相同, 实现对绿化带的均匀灌溉。
3.3 分级利用。集水井三级溢水口的高程不同, 对雨水实现分级、高效利用。
4 小结
本文设计的多孔沥青路面具有以下显著优点: (1) 降低车辆行驶产生的噪声, 创造安静舒适的道路交通环境; (2) 路面抗滑、无溅水, 有效改善车辆行驶的安全性和舒适性; (3) 有效降低路表温度, 缓解城市“热岛效应”。
同时, 设计的雨水收集利用系统功能完善、施工便利、造价合理, 对道路雨水进行了分级、高效利用, 节约了宝贵的水资源, 具有显著的经济效益和生态效益。
参考文献
减振降噪在机械设计中的应用研究 篇9
在机械设计中针对减振降噪方面的技术性问题进行研究, 就要注重对噪声源予以控制, 以采取有效措施控制好噪声传播的途径。将噪声消灭在发生源, 并采取必要的防御措施, 可以在一定程度上实现减振降噪。
1 对噪声源所采用的控制措施
1.1 合理选择机械设备选材
在机械设计中, 对设备材料的选择中, 要对材料的各项性能以充分考虑, 包括材料在使用的过程中所产生的各项性能, 力学、物理、化学的性能以及机械设备材料的工艺性能等等。为了切实降低噪声, 还要对材料的的内阻尼性能进行分析。所谓的“内阻尼性能”, 就是在激振力的冲击下, 构成材料的内部分子所消耗的能量和吸收的能量, 以及其对设备运行过程中所产生的振动发挥的抑制作用, 以及抑制能力的大小。
在机械设计中, 对于金属材料的选择主要包括铁、铜等等, 这些材料的应用, 使得机械设备的内阻尼比较小。在抑制振动的过程中所消耗的能量, 逐渐减少, 随着激振力的产生, 构件就会发挥载体作用, 使得噪声在构件表面传播。通常如果材料的内阻尼性能较高, 就可以发挥良好的减震作用。特别是高分子材料, 不仅可以对激振力具有一定的承受作用, 而且当合金的内部产生摩擦之后, 就会引发振动滞后效应, 相应地能力损耗也会有所降低[1]。此时, 振动的能量被转化为热能被消耗掉了, 就可以获得降低噪音的效果。
比如, 齿轮的运转的过程中, 会由于振动而引起噪音, 为了避免这一现象发生, 就需要调整运转速度的同时, 还要考虑选择使用非金属材料代替金属材料, 以使得噪声有所降低。如果工作环境中粉尘的浓度很高, 或者是处于冶金工业环境中, 就可以选择非金属材料制作的车轮。这种齿轮不仅可以提高转动效率, 而且还能够将工作环境中的粉尘浓度降低, 且有效地降低金属材料的腐蚀率。随着噪声的降低, 人们的工作环境质量得以提高。当非金属材料所制作的齿轮处于高速运转状态的时候, 与普通材料所制作的齿轮相比, 非金属材料所制作的齿轮即便是处于高速运转状态, 也会降低噪声的分贝。阻尼合金材料对载荷具有一定的承受力, 可以更好地将阻尼降噪性能充分地发挥出来。 (表1为阻尼材料热环境下的强度)
1.2 对机械设备的结构予以优化
当机械设备处于运行状态的时候, 就会有结构噪声产生, 这是一种并不会在空气中直接暴露的辐射源。噪声传播的渠道是机械设备的机构。这种噪声在机械设备运行的过程中就会存在。当机械设备转动的过程中, 包括齿轮箱和振动筛等等, 虽然前者属于是封闭壳体的机械设备, 而后者在运行中会必然产生振动效应, 其中结构振动所产生的辐射声发生率非常高, 在总声能中所占有的比例已经达到了93%左右。这就需要在机械设计中, 要对产生结构噪声的机械设备的结构设计予以优化, 以更好地将噪声消除。
1.2.1 机械设备的齿轮在运转的过程中所产生的噪声
机械设备的齿轮在运转的过程中所产生的噪声, 是由于齿轮之间相互撞击或者由于齿轮之间相互摩擦就会导致齿轮体出现震动, 齿轮的噪声就会产生。当齿轮处于运转状态并达到一定的运转速度的时候, 就会由于振动频率等同于齿轮的箱体、固有频率以及齿轮体都是相等的而有共振产生, 辐射噪声的级别也会有所提高。包括加工齿轮的时候所能够达到的精度、其设计参数, 齿轮箱内的润滑油所具有的粘稠度达到, 都会不同程度地影响齿轮运转中所产生的噪声。
针对齿轮噪声, 就可以采用相应的控制措施:
其一, 取缔现有的直齿轮而使用斜齿轮, 或者是人字齿轮, 以确保齿轮运转中所发出的声音都能够均匀传递。由于此时所产生的冲击载荷相对比较小, 而其还可以确保齿轮平稳运行的情况下, 保证齿轮的运行处于平稳状态, 由此而使得噪音逐渐减少。
其二, 考虑到负载问题的, 要将齿轮的压力角减小, 最佳的角度是20度, 可以将噪声有效地降低[2]。
其三, 对于齿侧的间隙要能够做到合理选择, 可以在一定程度上降低噪声的分贝, 如果齿侧的间隙, 就会导致撞击的噪声出现。
1.2.2 机械设备的振动筛在运转的过程中所产生的噪声
机械设备运转的过程中, 为了避免处于旋转状态的振动筛产生结构噪声, 可以对轴承滚动体的结构进行调整, 也可以采用安装减振器的方式消除结构噪声。 (图1为空心滚动体轴承)
如果对轴之间所产生的相对运动不高, 就可以在轴承与振动筛之间或者激振器与振动筛之间安装减振器。对于减振器的选择, 要求减振器的参数可以使机械设备运行的过程中保持振幅稳定, 且振动机可以处于正常的运行状态, 随着振动机的高频响应逐渐降低, 噪音降低的效果就会更为显著[3]。通常小型的振动筛降低噪音量都可以达到6分贝, 而大型或者中型的振动筛降低噪音量会更大一些。如果对轴直接的相对运行精度具有很高的要求, 为了在滚动体强度有所保证的情况下避免震动出现, 就可以采用空心滚动体轴承, 一方面可以有效地避免共振区产生, 另一方面还可以使得震动引起的噪音大大降低, 由此而获得良好的降低噪音的效果。
2 机械设计中控制噪声的有效途径
2.1 应用吸声技术和隔声技术控制噪声
所谓的吸声技术, 就是采用吸声材料, 当声音进入到材料的空隙终止后, 由于材料的粘滞性、导热性, 加之内摩擦作用, 就会使得声波与材料之间作用, 使得材料纤维产生振动, 并由此而转为热能而消耗散尽, 可以避免声音继续在空寂中传播。隔声技术, 就是利用材料的隔声效果或者材料结构的隔离作用, 将所传播的声音挡回去[4]。通常情况下, 要获得良好的控制噪音的效果, 可以将两种技术结合使用, 降低噪音的效果良好。
要降低机械设备运转的过程中所产生的噪声, 可以在房内的内部以及屋顶上都粘贴吸声材料, 不仅可以降低厂房中的噪音, 还会避免噪音传播到外部环境中。具体的做法是, 可以在机械设备的筒体安装隔声套, 其材料具有多层耐热性质, 属于是复合性的材料。在阻尼材料的作用下, 筒体噪声就会得到阻隔和降低。通过选择使用隔声罩, 就可以将齿轮箱、钢球磨煤机以及电机等都使用罩形结构封闭起来, 让这些容易产生噪声的机械设备都局限于狭小的空间中, 可以在一定程度上降低噪声的辐射量。此外, 还可以使用隔声屏。隔声屏的设计可以根据需要设计为活动式的或者是固定式的, 对声源起到良好的阻挡效果。避免声音直接传播给接收者。
2.2 应用消声装置控制噪声
在机械设计中, 对噪声进行消声, 可以是被动地消声, 也可以是主动地消声。对噪声采用被动消声法进行控制已经被广为利用。主动消声技术是使用科技成分较高的设备对噪声源进行阻隔, 结合干扰声波, 就可以使声音消失。控制噪声所使用的消声装置主要是消声器[5]。如果噪声属于是空气动力性的, 就可以采用安装消声器方法, 气流的通过更为顺利, 而且还可以避免噪声传播到外部环境中。采用这种方法可以使得进气口的噪声、排气口的噪声、沿着管道进行传播的噪声有所降低, 如果机械设备所发出的噪声属于是电磁噪声或者是结构噪声, 使用消声器就不会获得良好的效果。
2.3 应用隔振技术控制噪声
在机械设备运行中, 由于振动而产生的噪声是不可避免的。采用隔振技术可以有效地降低噪声, 即在机械设计中, 对振动源就可以采用防振动措施, 即将需要防止振动的阻尼件以及弹性元件进行连接, 采用相应的防御措施可以降低振动幅度, 有效地防止噪音产生。对振动进行隔离的方法有很多, 包括被动隔振技术和主动隔振技术[6]。被动隔振是要将容易引起振动的物体与振动源之间隔离开来。主动隔振是将振动源与对振动源产生支撑作用的基础隔离开来。从原理的角度而言, 隔振系统的构成上来看, 是由弹簧和阻尼器所构成。当振动被传入到隔振系统中, 弹簧振子和阻尼器都会发挥隔离的作用, 由此而使得振动效应逐渐衰减而降低振动的频率, 从而起到隔离振动的效果。
3 结束语
综上所述, 在机械设备运行的过程中, 振动和噪音都是影响设备高质量运行的关键, 而要降低振动和噪声, 就要在机械设计中注意相关问题, 并在技术上采取改进措施。通常采用的方法是对噪声源予以控制, 在机械设计中采取控制噪声的措施, 以更好地达到减振降噪的效果。
摘要：机械设备产生振动和噪音的因素有很多, 要达到减振降噪的效果, 就要针对各方面因素综合考虑, 以获得良好的效果。本论文针对机械设计中减振降噪技术的应用进行探究。
关键词：机械设计,减振,降噪,应用
参考文献
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拱形薄壳结构的减振降噪优化设计 篇10
拱形薄壳结构是一些旋转机械或传动装置等箱体的必要组成部分,和箱体的壁板结构一起封闭整个结构,强度要求小,往往是振动和噪声最严重的地方.工程上为了减小旋转机械等装置箱体的振动和噪音,通常会采用约束阻尼来处理箱体结构,即在箱体钢壳薄壁结构的内表面粘贴高阻尼黏弹性材料形成阻尼层,再用薄钢板将阻尼层固定住形成约束层,这样便可以增加整个结构的刚度和阻尼,从而达到减振降噪的效果.在将阻尼应用于结构减振降噪的设计研究过程中,Lee[1]从结构特性的角度研究了损耗因子最大化的约束阻尼结构的优化设计,
得到了减振效果良好的结构形式;杜华军等[2]从约束阻尼铺设形式多样化的角度对航天结构的约束阻尼振动抑制方案进行研究,得到了优选的振动抑制方案;郑荣等[3]通过基座结构的优化研究和基座模型阻尼结构的试验研究,从阻尼处理形式的角度进行减振效果分析,选择出综合效果好的阻尼结构形式.本文对经约束阻尼处理的拱形薄壳结构的减振降噪进行约束阻尼层厚度优化设计.
响应面方法(response surface methodology,RSM)是利用统计学的综合实验技术解决复杂系统输入(变量)与输出(响应)之间关系的一种方法.响应面方法以实验测量、经验公式和数值分析为基础,对指定设计点集合进行连续求解,最后在设计空间中构造待测量的全局逼近解.关于响应面方法理论的介绍,Myers等[4]给出了全面的描述.该方法已广泛应用于可靠性分析[5]、优化设计[6]、结构的损伤鉴定[7]和模型确认[8]等方面.
试验点选取是否合理以及拟合半径是否可靠取决于响应面函数对原函数的逼近程度,所以应当对响应面函数进行检验.在设计空间中选择一定数量的测试样本点,检查其相对误差,相对误差的表达式为.
其中,y'为真实响应值,y为响应面拟合得到的值.相对误差RE表示响应面与真值之间的差异程度,因此差值越小表示响应面的拟合精度越高.
Kreisselmerier-Steinhauser函数(K-S函数)首先应用于控制系统的设计,随后它作为将许多约束转换成单个累积约束函数的方法和解决极小化极大问题的优化方法,应用于结构优化设计[9,10],薄壳结构的法向加速度能反映结构在该点的振动特性,根据加速度随频率的变化曲线,在结构上选择一些典型点,提取这些典型点位置的法向加速度的最大值,利用K-S函数将这些典型点的最大法向加速度值处理为一个能反映结构整体振动特性的综合指标.K-S函数的计算公式如下
其中,a表示结构振动的综合指标,n表示典型点的个数,ai表示第j号典型点的法向加速度的最大值;p是一个正的参数,根据经验取值为4.0.
振动一般可以用振动位移、振动速度和振动加速度来描述.不管所测量的是振动物体的位移、速度或加速度,振动信号的形式和频率成分都是相同的.振动级可与噪声级以类似的形式用分贝表示[11].在这里选择振动加速度来描述振动,通过K-S函数计算出整个薄壳结构的振动综合指标,可以得到结构减振效果的评定参数——振动加速度级,计算公式如下
其中,La为振动加速度级;a为K-S函数计算出来的综合指标;a0=10-6 m/s2是国际认可值.
1 拱形薄壳结构有限元模型的建立
本文以某变速箱箱体中最容易产生振动和噪音的上箱体拱形薄壳结构为例,将其单独隔离出来,根据拱形薄壳的尺寸,建立几何模型.拱板的两侧有两个观察孔,需要用法兰将其封住,除这两个观察孔不作处理外,其余位置都作黏弹阻尼层和约束层的处理,研究经过三层布置结构(基层、阻尼层和约束层,如图1)的约束阻尼处理后拱板的动力仿真分析.
通过ABAQUS/CAE的图形用户界面创建拱形板的有限元模型(如图2),该模型共2 564个节点、1 974个S4单元,处理模型时,用钢板替代法兰将观察孔封住,观察孔位置为单一材料的壳单元,其厚度固定为3mm.采用铺层复合材料的壳单元处理经约束阻尼处理后的模型.边界条件进行简化处理,
拱板与外部连接的部分,即侧边和底边,约束3个平动自由度.采用1～2000Hz频率范围内的单位白噪声激励作为激励信号施加在拱板的正中间.根据结构的对称性,在拱型薄壳上选取5个典型点,典型点的位置如图3所示.
拱形薄壳中只有钢和阻尼材料两种材料.钢的材料参数:弹性模量为200 GPa,密度为7800 kg/m3,泊松比为0.3.阻尼材料的储能模量、损耗模量、杨氏模量是随频率变化的,参数如表1所示,在分析软件中,弹性模量只能取一个值,根据经验取频率为125Hz对应的弹性模量270MPa,泊松比为0.49,密度为1 780 kg/m3.
通过随机响应分析,可获得5个典型点的加速度随频率的变化曲线.借助于ABAQUS的后处理提取5个典型点的最大法向加速度值,采用K-S函数将这5个典型点的法向速度最大值综合处理为一个能反映结构整体振动特性的加速度综合指标,最后根据加速度综合指标得该结构的振动加速度级值.
2 薄壳结构减振降噪优化设计
对于约束阻尼处理的拱形薄壳结构,以基础层厚度x1、阻尼层厚度x2和约束层厚度x3为设计变量;约束条件为满足结构的总质量上限值要求;以结构振动加速度级最小为目标函数,建立减振降噪效果最佳结构优化模型
其中,n为典型点的个数,n=5;,分别为第i个设计变量xi的上限值和下限值,结构设计中约束阻尼结构的各层厚度范围为:5≤x1≤15,8≤x2≤20,0.1≤x3≤4 (单位:mm);为结构重量约束上限值,依据工程机械设计手册和前期工作的研究分析,确定薄壳结构的总重量上限值为=0.35t;W(x)为约束阻尼薄壳结构的重量,几何模型的参数信息,可确定W(x)的解析表达式为
其中,含设计变量的前3项分别为基础层、阻尼层和约束层的质量,最后的常数项为两块法兰板的质量,质量约束条件W(x)≤可以写为
其中,a为重量约束函数的系数向量,a=(0.021379,0.004 879,0.0213 79)T;b为约束函数的右端项,b=0.35-0.005 733=0.344 267.
优化模型中的约束条件可由式(6)表示,但目标函数La仍然是设计变量的隐式函数,需要借助于响应面方法对其进行显式化,从而得到振动加速度级函数表达式,为结构优化设计做好必要的准备.
3 响应面拟合目标函数
3.1 振动加速度级函数的显式化
拱形薄壳的约束阻尼结构中基础层厚度、阻尼层厚度和约束层厚度分别为x1,x2和x3,结构的振动加速度级为La(x1,x2,x3).构造拱形薄壳结构的振动加速度级的响应面函数为
其中,α0,α1,…,α6为待定系数.
构造响应面需要取一定的样本数据,而响应面的拟合精度在很大程度上取决于试验点在设计空间中的位置分布,因此需要试验设计,即通过合理布置试验点的位置从而利用少量试验点而得到较高精度的响应面[5].
由于三维空间模型计算相对较复杂,所以为了减小计算量,可以选取拟合半径向量为一个固定值δ,考虑采用一系列在中心展开点附近对称分布的试验点,称为核心试验点.在中心展开点周围对称地选取一些点建立核心试验点(包括中心展开点),并求出响应面,其分布方式如下
其中,,…,为各样本点的振动加速度级响应值.核心试验点的个数为7,图4给出了3设计变量时目标响应面试验点分布方式的示意图,图中实心圆点为核心试验点,空心圆点为额外试验点.
对于式(7)中振动加速度级目标函数的一次项系数和二次项系数,令
如果由试验点及其响应值求出a0,a1,…,a6,那么H和c可求出.
3.2 拟合误差检验
根据响应面方法的近似性,以一定规则选取样本点,通过计算得到其响应值,由这些样本点及其响应值拟合出来的目标函数并不一定满足整个设计范围内所有的点.所以我们有必要对拟合出来的目标函数振动加速度级函数在设计变量的取值范围内进行检验.以下对首次拟合振动加速度级响应面函数进行误差检验.
选取初始设计方案点()T=(9.00,12,00,1.00)T (单位:mm)为当前设计点x(0),δ'=(0.30,0.30,0.30)T为拟合半径向量,并沿着通过中心设计点而且平行于各个坐标轴直线,在±δ'的距离上选取设计点,可以得到包括当前设计点在内的7个核心试验点.对这7个设计点分别进行动力响应分析,然后提取5个典型点的最大法向加速度值、采用K-S函数处理为振动综合指标,最后可得到7组振动加速度级响应值,见表2数据所示.
对于目标函数La(x1,x2,x3)来说,形成了由7个方程组成的七元一次方程组,求解得到a0=126.405 7,α1=-3.3519,α2=-0.6888,α3=-8.0013,α4=0.0993,α5=-0.0001,α6=1.333 0,则x1,x2,x3和La之间的关系式为
对于以上函数式(8),它的有效范围只能局限于当前试验点以及其他的核心试验点周围区域,也即在长为2δ的矩形空间{x|-0.30≤xi≤+0.30,i=1,2,3}内与实际的振动加速度级函数曲线是大致吻合的,但是在整个设计空间范围{x|5≤x1≤15,8≤x2≤20,0.1≤x3≤4}内与实际的振动加速度级函数曲线并不一定吻合,甚至会有很大的误差.于是,对于求解出来的振动加速度级La的函数曲线,需要在整个设计域范围内进行检验,特别是区域的边界点,即各变量的上下限组合位置处,需要进行误差检验.
在Matlab软件中计算检验点对应的目标函数的拟合值,以及拟合值与数值模拟真实值之间的误差,见表3数据所示.
从上表可以看出:保持变量x1,x2不变的情况之下,变量x3取值x3=4.00时的误差都比较大,当x3≤3时,除检验点x=(5,20,3)T时的误差值为6.67%0,其余各检验点的计算结果的误差值都能够控制在5%以下.所以需要适当地调整变量的设计范围得到拟合误差较小的响应面曲线.考虑将设计变量x3的上限值减小,使0.1≤x3≤3,即在新的设计空间
中响应面拟合的结果更接近于实际.同时这也证明了,通过选取核心实验点的方法拟合得到的目标函数,能够很好地描述设计变量与振动加速度级之间的函数关系.
4 优化求解
联合质量约束条件式(6)、响应面拟合目标函数式(7)以及进行拟合误差检验调整新的设计范围(9),可以得到拱形薄壳结构的减振降噪优化模型的二次规划标准形式为
采用Matlab优化工具箱中的二次规划函数quadprog对上述优化模型进行求解.基于结构优化的思想,收敛条件是影响优化结果的重要因素.设优化过程的收敛判断准则为,在第k+1次迭代过程完成后,设计变量由x(k)变为x(k+1)目标函数由La(x(k))变为La(x(k+1)).定义优化模型式(10)的目标收敛条件为
定义优化模型式(10)的设计变量收敛条件为
将目标收敛度与设计变量收敛度结合,形成复合的判别标准.由于设计变量为结构厚度而目标函数为振动加速度级,二者之间相差一个平方级,因此εobj和εvar往往也应存在差别.分别给定目标收敛精度εobj=0.001和设计变量收敛精度εvar=0.01,若有
则退出循环,优化过程终止.
5 优化结果
在程序运行过程中保存结果记录文件,记录优化模型每次的循环的求解结果和迭代次数等相关信息.整个优化过程,从初始值(x1,x2,x3)T=(9.00,12.00,1.00)T (单位:mm)开始,迭代8次后收敛,得到优化数据如表4所示.
如图5和图6,分别给出了目标函数值随迭代次数的变化收敛曲线和三个设计变量值随迭代次数的变化收敛曲线.从这两个收敛曲线图可以看出,目标函数从迭代开始就变化平稳,迭代到第8步时得到了最优解()T=(9.03,17.856,3.00)T和最优目标值=77.745dB.设计变量的变化从第2步开始都已经趋于平稳,这说明设计变量已经接近最优解,此优化算法收敛速度很快,收敛精度较高.
与优化前的有限元分析进行比较,如表5所示,约束阻尼结构中基础层钢板厚度增大了0.32%,阻尼层厚度增加了48.80%,约束层厚度增加了2倍.基于此,拱板结构在优化后的总重量比优化前的总重量增加了25.87%,但是优化后的重量仍满足重量约束上限0.35t的要求.在结构的性能方面,优化后拱板结构的第一阶固有频率值增大22.97%,振动综合指标和振动加速度级值分别减小了73.63%和12.96%,显然结构的减振降噪性能得到了提高,这是因为阻尼层厚度和约束层厚度的增加有助于提高整个结构的刚度和强度.因此,优化后整个结构的振动特性得到了有效的控制,振动噪音也有明显的改善.
6 结论
经过优化设计,结构第一阶固有频率增加,振动综合指标和振动加速度级值都减小了,结构的整体性能有了很大提高.结果表明,重量约束下结构振动加速度级最小化设计,通过对结构重量的重新分布,能同时满足结构振动噪音最小化及重量指标的要求.
摘要：基于拱形薄壳结构的动力仿真,提出结构振动噪音最小、满足重量约束的约束阻尼厚度优化设计模型.利用K-S函数得到结构的振动加速度级,将其作为结构减振降噪效果的评定参数,采用响应面方法拟合目标函数,并对其进行误差检验,适当缩小设计变量范围调整误差后,响应面曲线的拟合程度较好.最后采用二次规划方法求解模型,经过优化设计,结构第一阶固有频率增加22.97%,振动加速度级值减小12.96%,结构的性能得到了很大提高.
关键词：减振降噪,响应面,K-S函数,振动加速度级
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炎炎夏日,空调降噪4“妙法” 篇11
那么，如何才能降低空调噪声对人体健康的危害呢？目前认为，居民可从以下几个方面着手。
1.购买质量合格、环保的绿色空调。选用质量先进的低噪声空调，这是降低空调系统噪声的关键。
2．预留安装位置。房屋设计、装修时，应考虑空调外机噪声可能对四周产生的影响，最好能够预留合适的空调安装位置，使之既美观实用，又符合环保要求。
3．合理安装空调。
* 吸声。利用吸声材料和吸声结构吸收声能，例如，在房间内贴吸声材料，采用凹凸形立体吸声板，从而控制噪声，降低其强度。
* 隔声。可在空调外机上加装敞口式隔声罩，既可改变空调噪声的传播途径，又可降低对相邻居室的噪声影响。
* 消声。在噪声控制技术中，消声器是应用最多、最广的降噪声设备之一。目前，空调消声器产品已广泛应用于宾馆、办公楼、商场、试验室、医院、展览馆、工厂等建筑的中央空调系统。居民也可适时安装。
* 隔振。安装空调时，应考虑空调噪声可能对四周产生的影响，并使用橡胶减振垫、弹簧钢制螺旋减振构件等，以降低空调振动，减低噪声。
4.个人防护。在空调噪声很强的居住房间里，居民可利用耳塞、耳罩、耳棉和防噪声头盔等，有效地降低传入耳朵里的噪声。
振动试验中减振降噪声的设计研究 篇12
1、振动试验设计
1.1 振动试验条件
振动试验采用随机振动方式, 施振频率为50Hz~2kHz, 分成D1、D2、D3、D4四个量级组进行振动试验, 振动的量级可以采用衰减斜率、总均方根和加速度谱密度三种量表示, D1、D2、D3、D4四个量级组试验的振动参数如表1所示。
1.2 对晶振相位噪声的影响
在晶振工作的过程中, 产生噪声的原因主要是由于外部环境的冲击、离心以及振动等因素。晶振在加速度的条件下, 晶振频率的变化与加速度的大小成正比:一般情况下认为晶体的产生将会造成晶振频率的变化, 晶体是机电耦合器件, 其在电路中能够将振动转换为电振荡, 并且加速度会使晶片变形而造成频率的变化。由于晶片的受力方向和支架的结构密切相关, 导致晶体受到不同方向加速度的影响也是不尽相同的。
2、减振器的设计
在抗噪声减振器设计时, 利用机械阻尼降低或者消除机械振动产生的噪声, 从而提高机械运动下的稳定性和安全性。在减振抗噪声技术中, 结构阻尼设计的合理性、粘弹阻尼材料的性能良好性以及应用的正确性是保证阻尼减振效率的三要素。阻尼垫主要安装在固定基座和需要进行减振的设备中, 以消除较多的谐振频率。
(1) 在减振抗噪声结构设计时, 我们主要根据晶振结构形式进行设计的, 其设计的减振结构简单结构如下图所示:在进行减振降噪设计的过程中, 我们可以根据晶振结构以及减振降噪的效果设计一级减振、二级减振, 但是在二级减振中我们需要在电路板上增加横向铝支撑板, 从而能够防止电路板自身颤动引起的电性能变化, 达到减振降噪的效果。
(2) 电路板的设计。在对电路板进行设计时, 主要以简单静小为设计理念, 从而减少质量以及面积。进行电路布线时主要采用微带线进行布置, 电路板的器件一般采用表贴器件。对于比较敏感的元器件, 在设计的过程中一般采取大面积接地的措施, 在对电路板进行设计的过程中, 还应该预留一定的位置方便能够增加减振垫片, 这样就能够进行调节二级减振效果。
3、结语
通过设计合理的振动试验, 分析振动对晶振相位噪声的影响, 并根据晶振的结构采用阻尼垫减振结构进行减振降噪, 最终从对本减振结构振动试验后的效果来看, 此方案能够将振动对晶振相位的噪声降低到20dB, 达到了降低噪声的目的, 其效果是非常显著的。
摘要：噪声是电路内部一种固有的扰动信号, 噪声的引起主要是由于电路器材中材料的温度以及物理性能等引起的电荷载流子在运动的过程中出现不规则变化为产生的。噪声在电路中通常与一些重要的信号相混合, 从而对信号造成严重影响, 因此在抗噪声设计的过程中, 首先应该分析电路中噪声的特性及其规律, 然后根据其规律合理选择抗噪声的技术, 从而提高抗噪声能力。
关键词：振动试验,抗噪声技术,设计研究
参考文献
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